Четвёртый семестр

Предсказание генов

ФББ МГУ, 2 курс, весна 2006

ecoli02.txt – фрагмент последовательности ДНК Escherichia coli в формате EMBL (с аннотацией);
human02.txt – фрагмент последовательности ДНК человека в формате FASTA.

Часть 1. Поиск прокариотических генов

Мне дан фрагмент последовательности ДНК Escherichia coli и аннотация к нему в формате EMBL (см. файл ecoli02.txt). Надо идентифицировать гены в этом фрагменте при помощи программ ORF Finder и GeneMark и сравнить полученные результаты с аннотацией.

1.1 CDS, указанные в аннотации к последовательности ДНК

     * CDS продолжается за пределами аннотированной последовательности

1.2 Идентификация открытых рамок считывания в последовательности ДНК с помощью программы ORF Finder

Программа ORF Finder (Open Reading Frame Finder) идентифицирует открытые рамки (ORFs) на обеих цепях ДНК. Доступ к ней можно получить по ссылке

Обнаруженные открытые рамки:

Самые длинные не пересекающиеся предсказанные рамки приведены в таблице; рамки, совпадающие с аннотированными CDS, выделены зелёным (как видно, они обе совпадают с аннотацией):

С помощью BLAST был проведён поиск белков, похожих на транслированную ORF, в GenBank. Нашлись гомологи только для трёх открытых рамок, причём для двух рамок, совпадающих с аннотированными, есть гомологи со 100% сходством. Вот их выравнивания:  

1.3 Распознавание генов в последовательности ДНК с помощью программы GeneMark

GeneMark – программа статистического предсказания генов. Доступ к ней можно получить по ссылке

Результаты работы программы GeneMark 2.4:

Графики распределения кодирующего потенциала для каждой рамки считывания:  

Часть 2. Поиск эукариотических генов

Дан фрагмент ДНК человека, содержащий альтернативно сплайсируемый ген (файл human2.txt). Задача – найти две различные изоформы этого гена и некодирующие экзоны используя программы GENSCAN, BlastX и Human Genome Browser (HGB)

2.1 Поиск экзонов в последовательности ДНК и определение их типа с помощью программы GENSCAN

GENSCAN – программа статистического распознавания генов, она предсказывает границы экзонов и интронов, промоторы, сайты полиаденилирования. Доступ к программе можно получить по ссылке

Таблица выдачи Genscan:

2.2 Выделение экзонов в последовательности ДНК с помощью программы BlastX

Программа BlastX производит поиск формального транслята входной последовательности в базе данных известных белков. Доступ к программе можно получить по ссылке

Поиск проводился без фильтра фрагментов малой сложности и только среди белков позвоночных. Результат поиска:  

Выравнивания двух изоформ с разным числом экзонов:

Человек:     

Рыба-зебра:     

Сравнение двух изоформ с разным числом экзонов.
Альтернативные экзоны выделены цветом: оранжевым – имеющие сильно различающиеся границы, красным – отсутствующие в другой изоформе:

Сравнение найденных BlastX экзонов с предсказанием GENSCAN. Красным выделены строки, соответствующие лишним GENSCAN-экзонам, не пересекающимся ни с одним BlastX-экзоном. BlastX-экзонов, не пересекающихся с GENSCAN-экзонами, не найдено. Перекрытие QQ - мера близости GENSCAN и BlastX-экзонов, вычисляется как отношение длины пересечения к длине объединения отрезков; GENSCAN-экзоны, хорошо совпадающие с каким-либо BlastX-экзоном (QQ>0.9), выделены зелёным цветом:

2.3 Поиск гена в геноме человека с использованием Human Genome Browser

База Human Genome Browser (HGB) содержит гены, белки, мРНК, EST и другие объекты, картированные на геном человека (и не только). Браузер позволяет просмотреть разнообразную информацию, относящуюся к заданному фрагменту ДНК. Программа BLAT аналогично BLAST позволяет искать последовательности в геноме с учетом возможной фрагментированности генома.

В программе Human BLAT Search был проведён поиск похожих фрагментов генома для последовательности человеческой ДНК.

Результаты для лучшего (совпадающего на 100%) из семи найденных фрагментов:

Изображение выравнивания последовательности с геномной ДНК и сплайсированными EST и мРНК из базы:  

Информация о mRNA AF141305:

Выравнивание:  

Все найденные в Human Genome Browser экзоны:

Нетранслируемые участки экзонов выделены красным, транслируемые – синим: